DE102016104584A1

DE102016104584A1 - Licht emittierende Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Licht emittierenden Vorrichtung

Info

Publication number: DE102016104584A1
Application number: DE102016104584.5A
Authority: DE
Inventors: Tansen Varghese; Andreas Plössl
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2016-03-14
Filing date: 2016-03-14
Publication date: 2017-09-14

Abstract

Es wird eine Licht emittierende Vorrichtung angegeben, die ein erstes Licht emittierendes Element (10) mit einer ersten Halbleiterschichtenfolge (11) und ein zweites Licht emittierendes Element (20) mit einer zweiten Halbleiterschichtenfolge (21) aufweist, die jeweils einen aktiven Bereich aufweisen, der dazu vorgesehen und eingerichtet ist, im Betrieb des Licht emittierenden Bauelements Licht zu erzeugen. Weiterhin weist die Licht emittierende Vorrichtung ein transparentes Trägerelement (30) zwischen der ersten Halbleiterschichtenfolge (11) und der zweiten Halbleiterschichtenfolge (21) auf, das zumindest ein transparentes erstes Substrat (12, 22, 40) und zumindest einen Verbindungsbereich (31) aufweist, der zwischen einer der Halbleiterschichtenfolgen (11, 21) und dem ersten Substrat (12, 22, 40) angeordnet ist, wobei das erste und zweite Licht emittierende Element (10, 20) unabhängig voneinander elektrisch kontaktierbar sind und wobei der zumindest eine Verbindungsbereich (31) ein Waferbonden-Verbindungsbereich ist. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung einer Licht emittierenden Vorrichtung angegeben.

Description

Es werden eine Licht emittierende Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Licht emittierenden Vorrichtung angegeben.
Um höhere Leuchtdichten zu erreichen, besteht ein Bedarf an Licht emittierenden Dioden (LEDs), die eine höhere Abstrahlleistung bei einem möglichst geringen Flächenbedarf aufweisen, um in Packages genutzt zu werden, die eine immer geringere Größe aufweisen sollen. Abgesehen von üblichen Methoden, die Abstrahlleistung zu erhöhen, die auf Verbesserungen der internen und externen Quanteneffizienz abzielen, ist es auch bekannt, mehrere Licht erzeugende Schichten innerhalb eines Leuchtdiodenchips übereinander zu stapeln. Hierzu werden beispielsweise Tunnelübergänge oder Schichten mit transparenten leitenden Oxiden zwischen Licht emittierenden Schichten verwendet, die jedoch einen hohen elektrischen Widerstand und optische Absorptionsverluste mit sich bringen und die zumindest teilweise eine Einschränkung der möglichen Epitaxieverfahren mit sich bringen.
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, eine Licht emittierende Vorrichtung anzugeben. Zumindest eine weitere Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Licht emittierenden Vorrichtung anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch einen Gegenstand und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstands und des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist eine Licht emittierende Vorrichtung ein erstes Licht emittierendes Element und ein zweites Licht emittierendes Element auf. Das erste Licht emittierende Element weist eine erste Halbleiterschichtenfolge mit einem aktiven Bereich auf, der dazu vorgesehen und eingerichtet ist, im Betrieb der Licht emittierenden Vorrichtung Licht abzustrahlen. Das zweite Licht emittierende Element weist eine zweite Halbleiterschichtenfolge mit einem aktiven Bereich auf, die ebenfalls dazu vorgesehen und eingerichtet ist, im Betrieb der Licht emittierenden Vorrichtung Licht abzustrahlen.
Das erste und das zweite Licht emittierende Element können insbesondere aufeinander angeordnet und miteinander verbunden sein. Die Licht emittierende Vorrichtung kann somit allein durch das erste und zweite Licht emittierende Element, die miteinander verbunden sind, gebildet werden. Insbesondere können die Licht emittierenden Elemente, wie weiter unten beschrieben ist, als unabhängig voneinander gefertigte Leuchtdiodenchips ausgebildet sein, die nach der jeweiligen Fertigung und Bereitstellung miteinander verbunden werden.
Weiterhin können das erste und das zweite Licht emittierende Element unabhängig voneinander kontaktierbar sein. Das kann bedeuten, dass die Licht emittierenden Elemente unabhängig voneinander betreibbar und ansteuerbar sind, so dass die Licht emittierenden Elemente im Betrieb der Licht emittierenden Vorrichtung je nach Ansteuerung in gewünschter Weise gleichzeitig und/oder wechselweise Licht abstrahlen können. Hierzu können das erste und zweite Licht emittierende Element jeweils elektrische Kontaktbereiche wie etwa Elektroden oder andere elektrisch kontaktierbare Schichten aufweisen, mittels derer die jeweilige Halbleiterschichtenfolge elektrisch an eine externe Strom- und Spannungsversorgung angeschlossen werden kann.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform werden bei einem Verfahren zur Herstellung einer Licht emittierenden Vorrichtung ein erstes Licht emittierendes Element und ein zweites Licht emittierendes Element bereitgestellt. Insbesondere werden die Licht emittierenden Elemente getrennt voneinander bereitgestellt. Das erste und zweite Licht emittierende Element werden nach der Bereitstellung zur Bildung der Licht emittierenden Vorrichtung miteinander verbunden.
Die vorab und im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale beziehen sich, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben ist, gleichermaßen auf die Licht emittierende Vorrichtung und auf das Verfahren zur Herstellung der Licht emittierenden Vorrichtung.
Die Halbleiterschichtenfolgen des ersten und zweiten Licht emittierenden Elements, also die erste und zweite Halbleiterschichtenfolge, können jeweils als Epitaxieschichtenfolge oder als strahlungsemittierender Halbleiterchip mit einer Epitaxieschichtenfolge, also als epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge, ausgeführt sein. Dabei können eine der Halbleiterschichtenfolgen oder beide beispielsweise auf der Basis von InGaAlN ausgeführt sein. Unter InGaAlN-basierte Halbleiterchips und Halbleiterschichtenfolgen fallen insbesondere solche, bei denen die epitaktisch hergestellte Halbleiterschichtenfolge in der Regel eine Schichtenfolge aus unterschiedlichen Einzelschichten aufweist, die mindestens eine Einzelschicht enthält, die ein Material aus dem III-V-Verbindungshalbleitermaterialsystem In_xAl_yGa_1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1 aufweist. Halbleiterschichtenfolgen, die zumindest eine aktive Schicht auf Basis auf InGaAlN aufweisen, können beispielsweise bevorzugt Licht in einem ultravioletten bis grünen Wellenlängenbereich emittieren.
Alternativ oder zusätzlich können eine Halbleiterschichtenfolge oder beide auch auf InGaAlP basieren, das heißt, dass die Halbleiterschichtenfolge unterschiedliche Einzelschichten aufweisen kann, wovon mindestens eine Einzelschicht ein Material aus dem III-V-Verbindungshalbleitermaterialsystem In_xAl_yGa_1-x-yP mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1 aufweist. Halbleiterschichtenfolgen oder Halbleiterchips, die zumindest eine aktive Schicht auf Basis von InGaAlP aufweisen, können beispielsweise bevorzugt Licht mit einer oder mehreren spektralen Komponenten in einen grünen bis roten Wellenlängenbereich emittieren.
Alternativ oder zusätzlich können eine der Halbleiterschichtenfolgen oder beide auch andere III-V-Verbindungshalbleitermaterialsysteme, beispielsweise ein AlGaInAs-basiertes Material, II-VI-Verbindungshalbleitermaterialsysteme oder I-VII-Verbindungshalbleitermaterialsysteme aufweisen. Insbesondere kann eine aktive Schicht, die ein AlGaInAs-basiertes Material aufweist, geeignet sein, Licht mit einer oder mehreren spektralen Komponenten in einem roten bis infraroten Wellenlängenbereich zu emittieren. Ein II-VI-Verbindungshalbleitermaterial kann wenigstens ein Element aus der zweiten Hauptgruppe, wie beispielsweise Be, Mg, Ca, Sr, und ein Element aus der sechsten Hauptgruppe, wie beispielsweise O, S, Se, aufweisen. Insbesondere umfasst ein II-VI-Verbindungs-Halbleitermaterial eine binäre, ternäre oder quaternäre Verbindung, die wenigstens ein Element aus der zweiten Hauptgruppe und wenigstens ein Element aus der sechsten Hauptgruppe umfasst. Eine solche binäre, ternäre oder quaternäre Verbindung kann zudem beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Beispielsweise gehören zu den II-VI-Verbindungs-Halbleitermaterialien ZnO, ZnMgO, CdS, ZnCdS, MgBeO. Ein I-VII-Verbindungshalbleitermaterialsystem kann beispielsweise eine oder mehrere Kupferhalidverbindungen wie CuCl, ClBr und ClI aufweisen oder daraus sein.
Die erste und/oder zweite Halbleiterschichtenfolge kann weiterhin ein Substrat aufweisen, auf dem Halbleiterschichten aus den oben genannten III-V- oder II-VI-Verbindungshalbleitermaterialsystemen abgeschieden sind. Ein solches Substrat wird im Folgenden auch als Aufwachssubstrat bezeichnet. Das Substrat kann dabei ein Halbleitermaterial, beispielsweise ein oben genanntes Verbindungshalbleitermaterialsystem, umfassen. Insbesondere kann ein Aufwachssubstrat Saphir, GaAs, GaP, GaN, InP, SiC, Si und/oder Ge umfassen oder aus einem solchen Material sein. Verbleibt ein Aufwachssubstrat in der Licht emittierenden Vorrichtung, so ist dieses bevorzugt transparent. Dass ein Aufwachssubstrat in der Licht emittierenden Vorrichtung verbleibt, schließt auch den Fall ein, dass nur ein Teil des Aufwachssubstrats in der Licht emittierenden Vorrichtung verbleibt. Beispielsweise kann ein Aufwachssubstrat nach dem Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge gedünnt und damit teilweise entfernt werden. Ein teilweises Entfernen des Aufwachssubstrats kann beispielsweise durch einen Schleifprozess ermöglicht werden.
Weiterhin können die erste und/oder zweite Halbleiterschichtenfolge und damit das erste und/oder zweite Licht emittierende Element auch frei von einem Aufwachssubstrat sein. Das bedeutet, dass nach dem Aufwachsen einer Halbleiterschichtenfolge auf einem Aufwachssubstrat die Halbleiterschichtenfolge vom Aufwachssubstrat getrennt wird und das Aufwachssubstrat somit entfernt wird. Das Entfernen des Aufwachssubstrats kann beispielsweise durch ein bekanntes Lift-Off-Verfahren und/oder durch einen Schleifprozess erfolgen.
Die Halbleiterschichtenfolgen können als aktiven Bereich jeweils beispielsweise einen herkömmlichen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopfstruktur (SQW-Struktur) oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW-Struktur) aufweisen. Die Halbleiterschichtenfolgen können zusätzlich zum aktiven Bereich weitere funktionale Schichten und funktionelle Bereiche umfassen, etwa undotierte und/oder p- und/oder n-dotierte Halbleiterschichten, wie etwa undotierte oder p- oder n-dotierte Ladungsträgertransport-, Confinement-, Cladding- und/oder Wellenleiterschichten, Barriereschichten, Planarisierungsschichten, Pufferschichten, Schutzschichten und/oder Elektroden sowie Kombinationen daraus. Darüber hinaus können zusätzliche Schichten, etwa Pufferschichten, Barriereschichten und/oder Schutzschichten auch senkrecht zur Aufwachsrichtung der Halbleiterschichtenfolgen beispielsweise um die Halbleiterschichtenfolgen herum angeordnet sein, also etwa auf den Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolgen. Die hier beschriebenen Strukturen den aktiven Bereich oder die weiteren funktionalen Schichten und Bereiche betreffend sind dem Fachmann insbesondere hinsichtlich Aufbau, Funktion und Struktur bekannt und werden von daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.
Die Halbleiterschichtenfolgen des ersten und zweiten Licht emittierenden Elements können jeweils zumindest eine p-leitende Halbleiterschicht und zumindest eine n-leitende Schicht aufweisen, zwischen denen der jeweilige aktive Bereich angeordnet ist. Ein solcher Aufbau wird hier und im Folgenden je nach Aufwachsreihenfolge auch als n-p-Aufbau oder p-n-Aufbau bezeichnet. In der Licht emittierenden Vorrichtung können die Licht emittierenden Elemente so miteinander verbunden sein, dass die n-leitenden Halbleiterschichten der ersten und zweiten Halbleiterschichtenfolge oder die p-leitenden Halbleiterschichten der ersten und zweiten Halbleiterschichtenfolge einander zugewandt sind. Mit anderen Worten kann der Aufbau der Licht emittierenden Vorrichtung in Bezug auf die p- und n-leitenden Schichten der Licht emittierenden Elemente entlang einer Anordnungsrichtung des ersten und zweiten Licht emittierenden Elements einen n-p-p-n-Aufbau oder einen p-n-n-p-Aufbau aufweisen und somit spiegelsymmetrisch zum im Folgenden beschriebenen transparenten Trägerelement sein. Mit anderen Worten können die erste Halbleiterschichtenfolge zumindest eine erste n-leitende Halbleiterschicht und zumindest eine erste p-leitende Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschichtenfolge zumindest eine zweite n-leitende Halbleiterschicht und zumindest eine zweite p-leitende Halbleiterschicht aufweisen, wobei die erste und zweite n-leitende Halbleiterschicht zwischen der ersten und zweiten p-leitenden Halbleiterschicht oder die erste und zweite p-leitende Halbleiterschicht zwischen der ersten und zweiten n-leitenden Halbleiterschicht angeordnet sind. Alternativ kann auch eine n-leitende Halbleiterschicht eines Licht emittierenden Elements einer p-leitenden Halbleiterschicht des anderen Licht emittierenden Elements zugewandt sein, was einem translationssymmetrischen Aufbau von der Form n-p-n-p oder p-n-p-n entspricht. Mit anderen Worten können die erste Halbleiterschichtenfolge zumindest eine erste n-leitende Halbleiterschicht und zumindest eine erste p-leitende Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschichtenfolge zumindest eine zweite n-leitende Halbleiterschicht und zumindest eine zweite p-leitende Halbleiterschicht aufweisen, wobei die erste p-leitende Halbleiterschicht und die zweite n-leitende Halbleiterschicht zwischen der ersten n-leitenden Halbleiterschicht und der zweiten p-leitenden Halbleiterschicht oder die erste n-leitende Halbleiterschicht und die zweite p-leitende Halbleiterschicht zwischen der ersten p-leitenden Halbleiterschicht und der zweiten n-leitenden Halbleiterschicht angeordnet sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Licht emittierende Vorrichtung ein transparentes Trägerelement zwischen der ersten Halbleiterschichtenfolge und der zweiten Halbleiterschichtenfolge auf. Das bedeutet mit anderen Worten, dass die epitaktisch hergestellten Halbleiterschichtenfolgen auf gegenüberliegenden Seiten des transparenten Trägerelements angeordnet sind. „Transparent“ bedeutet für hier beschriebene Schichten und Elemente insbesondere eine Lichtdurchlässigkeit für das in zumindest einer und bevorzugt in beiden Halbleiterschichtenfolgen im Betrieb der Licht emittierenden Vorrichtung erzeugten Lichts. Seitenflächen des Trägerelements, also Flächen, die nicht mit der ersten und zweiten Halbleiterschichtenfolge bedeckt sind, können insbesondere lichtdurchlässig und damit zur Lichtabstrahlung eingerichtet und vorgesehen sein. Das bedeutet mit anderen Worten, dass die Licht emittierende Vorrichtung im Bereich des Trägerelements als so genannter Volumenemitter ausgebildet sein kann, da das Volumen des Trägerelements die Volumina der Halbleiterschichtenfolgen erheblich übersteigen kann. Die Seitenflächen können die beiden sich gegenüberliegenden Flächen des Trägerelements, auf denen die Licht emittierenden Elemente angeordnet sind, miteinander verbinden. Insbesondere kann die Dicke des Trägerelements derart sein, dass die erste und zweite Halbleiterschichtenfolge größer oder gleich 10 µm oder auch einige 10 µm oder auch größer gleich 100 µm oder auch einige 100 µm voneinander entfernt angeordnet sind. Entsprechend können die Seitenflächen des Trägerelements in Richtung von der ersten zur zweiten Halbleiterschichtenfolge eine entsprechende Ausdehnung aufweisen.
Das transparente Trägerelement kann weiterhin elektrisch isolierend ausgebildet sein, so dass die erste und zweite Halbleiterschichtenfolge elektrisch voneinander getrennt und damit wie weiter oben beschrieben auch getrennt voneinander kontaktierbar sind. Insbesondere können das erste und zweite Licht emittierende Element jeweils elektrische Kontaktbereiche zur elektrischen Kontaktierung der jeweiligen Halbleiterschichtenfolge auf einer dem Trägerelement abgewandten Seite der jeweiligen Halbleiterschichtenfolge aufweisen. Die elektrischen Kontaktbereiche eines der Licht emittierenden Elemente können beispielsweise zur Montage auf elektrischen Anschlussbereichen eines Trägers, etwa mittels einer Lotverbindung, vorgesehen sein, so dass die Licht emittierende Vorrichtung mit diesen elektrischen Kontaktbereichen auf dem Träger montiert werden kann. Durch auflötbare elektrische Kontaktbereiche kann die Licht emittierende Vorrichtung oberflächenmontierbar sein. Weiterhin können die elektrischen Kontaktbereiche des anderen der Licht emittierenden Elemente ebenfalls oberflächenmontierbar ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich können die elektrischen Kontaktbereiche des anderen der Licht emittierenden Elemente auch zur elektrischen Kontaktierung mittels einer Drahtkontaktierung, etwa in Form von Bonddrähten, vorgesehen sein.
Somit können eines oder beide der Licht emittierenden Elemente beispielsweise als Flip-Chip, insbesondere als oberflächenmontierbarer Leuchtdioden-Flip-Chip, ausgebildet sein. Es kann auch eines der ersten und zweiten Licht emittierenden Elemente als oberflächenmontierbarer Leuchtdioden-Flip-Chip und das andere der ersten und zweiten Licht emittierenden Elemente als auf einer Oberseite drahtkontaktierbarer Leuchtdiodenchip, also als Leuchtdiodenchip, der auf einer dem Trägerelement abgewandten Oberseite über eine Drahtkontaktierung kontaktierbar ist, ausgebildet sein. Im Fall, dass beide Licht emittierenden Elemente Flip-Chips sind, die aufeinander aufgebracht werden, kann im Betrieb eine Lichtemission beispielsweise auch nur über Seitenflächen des Trägerelements erfolgen. Weiterhin können in diesem Fall auch Seitenflächen des Trägerelements zumindest teilweise mit einer Spiegelschicht versehen sein, so dass die Lichtemission nur in vorgewählte bestimmte Richtungen über die Teile der Seitenflächen erfolgt, die frei von einer solchen Spiegelschicht sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden das erste und zweite Licht emittierende Element nach dem Bereitstellen miteinander durch Waferbonden verbunden. Durch das Waferbonden wird das transparente Trägerelement zwischen der ersten und zweiten Halbleiterschichtenfolge gebildet. Das transparente Trägerelement weist zumindest ein transparentes erstes Substrat und zumindest einen Verbindungsbereich auf, der zwischen einer der Halbleiterschichtenfolgen und dem ersten Substrat angeordnet ist. Der zumindest eine Verbindungsbereich entspricht dem Bereich, in dem das erste und zweite Licht emittierende Element durch das Waferbonden miteinander verbunden werden und wird im Folgenden auch als Waferbonden-Verbindungsbereich bezeichnet.
Durch das Waferbonden werden zwei Wafer dauerhaft miteinander verbunden. Die Wafer werden durch eine Vielzahl von ersten Licht emittierenden Elementen in Form eines ersten Waferverbunds und durch eine Vielzahl von zweiten Licht emittierenden Elementen in Form eines weiteren Waferverbunds gebildet. Das Bereitstellen des ersten Licht emittierenden Elements und des zweiten Licht emittierenden Elements kann somit insbesondere ein Bereitstellen der Waferverbunde mit jeweils einer Vielzahl von ersten beziehungsweise zweiten Licht emittierenden Elementen beinhalten. Sofern vorab und im Folgenden von Licht emittierenden Elementen die Rede ist, kann dies auch ohne expliziten Hinweis darauf eine Mehrzahl von Licht emittierenden Elementen in Form eines Waferverbunds bedeuten. Durch das Verbinden der beiden Waferverbunde durch das Waferbonden wird ein Vorrichtungsverbund mit einer Vielzahl von im Verbund miteinander verbundenen Licht emittierenden Vorrichtungen hergestellt. Nach dem Waferbonden erfolgt eine Vereinzelung, bei der die miteinander verbundenen Waferverbunde, die den Vorrichtungsverbund bilden, in einzelne Licht emittierende Vorrichtungen zerteilt werden. Vor dem Vereinzeln können die noch im Verbund angeordneten Licht emittierenden Vorrichtungen und insbesondere deren Licht emittierenden Elemente auf der Ober- und/oder Unterseite des Vorrichtungsverbunds durch ein so genanntes Probing auf ihre Funktionsfähigkeit und/oder -parameter hin geprüft werden.
Das Waferbonden kann ein direktes Waferbonden sein und eine Verbindung ohne zusätzliche Zwischenschicht beinhalten, bei der die miteinander zu verbindenden Bauteile nach einer geeigneten Vorbehandlung unmittelbar aufeinander aufgebracht und durch geeignete Druck- und Temperaturbedingungen miteinander verbunden werden.
Weiterhin kann es auch möglich sein, dass das Waferbonden mittels zumindest einer Verbindungsschicht durchgeführt wird. Eine solche Verbindungsschicht kann beispielsweise eine anorganische Schicht oder eine organische Schicht aufweisen oder daraus sein. Die Verbindungsschicht kann eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen oder daraus sein: Gläser, Glaslote, optische Lote, transparente Metalloxide, Silikone, Epoxide, Acrylate, Polyurethane, Schmelzklebstoffe („hot melts“), Klebefolien. Die Verbindungsschicht kann somit beispielsweise als anorganische oder organische Klebstoffschicht oder Lotschicht ausgebildet sein. Als anorganische Materialien kommen beispielsweise weiterhin SiO₂, ZnS und Metalle in Frage, als organische Materialien beispielsweise weiterhin Polymere etwa auf Basis von BCB (Benzocyclobuten).
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die zu verbindenden Oberflächen des ersten und zweiten Licht emittierenden Elements vor dem Waferbonden gereinigt und planarisiert. Dies kann insbesondere vorteilhaft im Falle eines direkten Waferbondens sein. In diesem Fall kann der Verbindungsbereich auch als planarer Verbindungsbereich bezeichnet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird zumindest eine Oberfläche eines Licht emittierenden Elements, die mittels des Waferbondens mit einer Oberfläche des anderen Licht emittierenden Elements verbunden wird, vor dem Waferbonden mit einer dreidimensionalen Struktur versehen. Die dreidimensionale Struktur kann insbesondere vorteilhaft sein, um eine optische Kopplung zwischen dem ersten und zweiten Licht emittierenden Element zu verbessern. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass beide Licht emittierenden Elemente jeweils eine Oberfläche mit einer dreidimensionalen Struktur aufweisen, die mittels des Waferbondens miteinander verbunden werden. Weist zumindest eine zu verbindende Oberfläche eines Licht emittierenden Elements eine dreidimensionale Struktur auf, so kann der Verbindungsbereich auch als Verbindungsbereich mit einer dreidimensionalen Struktur bezeichnet werden. Beispielsweise kann es sich bei der dreidimensionalen Struktur um eine unregelmäßige Struktur handeln, die beispielsweise durch eine Aufrauung gebildet wird. Alternativ hierzu kann es sich auch um eine regelmäßige Struktur handeln, die durch regelmäßig angeordnete Vertiefungen und/oder Erhebungen gebildet wird. Insbesondere in Verbindung mit einer Oberfläche mit einer dreidimensionalen Struktur kann ein Waferbonden in Verbindung mit einer Verbindungsschicht besonders vorteilhaft sein. Die Verbindungsschicht kann hierbei die dreidimensionale Struktur planarisieren.
Im Falle eines Waferbondens mit einer Verbindungsschicht kann diese je nach Ausbildung der zu verbindenden Oberflächen eine Dicke von größer oder gleich 1 nm oder von größer oder gleich einigen Nanometern oder von größer oder gleich 10 nm oder von größer gleich 100 nm oder von größer gleich 500 nm oder von größer oder gleich 1 µm aufweisen. Sind die zu verbindenden Oberflächen beide plan ausgebildet, so wird bevorzugt eine Verbindungsschicht mit einer geringen Dicke, also beispielsweise von größer oder gleich 10 nm und kleiner oder gleich 100 nm, verwendet, während im Falle zumindest einer Oberfläche mit einer dreidimensionalen Struktur eine Dicke der Verbindungsschicht vorteilhaft ist, die ausreicht, dass die Verbindungsschicht die dreidimensionale Struktur planarisiert. In diesem Fall kann beispielsweise eine Dicke von größer gleich 500 nm oder größer oder gleich 1 µm vorteilhaft sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Verbindungsschicht großflächig und zusammenhängend zwischen dem ersten und zweiten Licht emittierenden Element ausgebildet. In diesem Fall ist die Verbindungsschicht bevorzugt transparent ausgebildet. Alternativ hierzu kann die Verbindungsschicht auch strukturiert ausgebildet sein und damit von Hohlräumen umgebene Inseln und/oder von Verbindungsmaterial umgebene Öffnungen aufweisen. Durch die Hohlräume und/oder Öffnungen in der Verbindungsschicht kann eine zumindest teilweise Transparenz der Verbindungsschicht erreicht werden, auch wenn als Verbindungsschichtmaterial ein nicht-transparentes Material verwendet wird. Eine strukturierte Ausbildung der Verbindungsschicht kann insbesondere im Fall eines Metalls als Material der Verbindungsschicht vorteilhaft sein. Die Metallschicht kann dabei in metallische Verbindungselemente strukturiert sein, zwischen denen der Verbindungsbereich Spalte aufweist. Die Metallschicht kann in diesem Fall bevorzugt eine Dicke von größer gleich 10 nm und kleiner gleich 100 nm aufweisen.
Weiterhin kann es auch möglich sein, als Verbindungsschicht eine dünne Metallschicht zu verwenden. Hierbei kann nach oder anstelle einer Reinigung einer zu verbindenden Oberfläche als Verbindungsschicht die dünne Metallschicht aufgedampft oder aufgesputtert werden. Um gute Haftung zu vermitteln, kann eine Monolage oder sogar eine Submonolage ausreichen. Die Metallschicht kann somit eine Dicke von 1 nm oder weniger aufweisen. Bei einer derartig geringen Dicke, die sogar deutlich unter 1 nm liegen kann, kann eine absorbierende Wirkung der Verbindungsschicht nahezu oder sogar gänzlich vernachlässigt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die als Metallschicht ausgebildete Verbindungsschicht eines oder mehrere Metallen ausgewählt aus Ti, Cr, Zr, V, Ag, Rh, Al, Au, Cu auf oder ist daraus. Insbesondere die reaktiven Metalle Ti, Cr, Zr und V können vorteilhaft für eine dünne Metallschicht, insbesondere in Form eine Monolage oder Submonolage, sein. Die Metalle Ag, Rh und Al sowie in Verbindung mit längeren Wellenlängen auch Au und Cu können insbesondere vorteilhaft im Hinblick auf eine strukturierte Metallschicht mit reflektierenden metallischen Verbindungselementen sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das erste Substrat des transparenten Trägerelements ein Aufwachssubstrat, auf dem die erste Halbleiterschichtenfolge aufgewachsen ist. Das bedeutet, dass die erste Halbleiterschichtenfolge auf dem ersten Substrat als Aufwachssubstrat aufgewachsen wird und mit dem ersten Substrat für das Waferbonden bereitgestellt wird. Der Verbindungsbereich ist in diesem Fall zwischen dem ersten Substrat und der zweiten Halbleiterschichtenfolge angeordnet, so dass mittels des Verbindungsbereichs die zweite Halbleiterschichtenfolge mit dem ersten Substrat verbunden wird.
Weiterhin kann das transparente Trägerelement ein transparentes zweites Substrat aufweisen, das ein Aufwachssubstrat ist, auf dem die zweite Halbleiterschichtenfolge aufgewachsen ist. Die zweite Halbleiterschichtenfolge kann somit auf einem transparenten zweiten Substrat als Aufwachssubstrat aufgewachsen werden, so dass das zweite Licht emittierende Element mit dem zweiten Substrat für das Waferbonden bereitgestellt wird. In diesem Fall ist der Verbindungsbereich zwischen dem ersten und zweiten Substrat angeordnet. Besonders bevorzugt kann der Verbindungsbereich in diesem Fall das erste und zweite Substrat direkt miteinander verbinden.
Alternativ kann das zweite Licht emittierende Element auch frei von einem Aufwachssubstrat sein. Insbesondere kann das bedeuten, dass nach dem Aufwachsen der zweiten Halbleiterschichtenfolge auf einem Aufwachssubstrat dieses von der zweiten Halbleiterschichtenfolge getrennt wird und das zweite Licht emittierende Element für das Waferbonden ohne Aufwachssubstrat bereitgestellt wird. In diesem Fall kann es möglich sein, dass zwischen der zweiten Halbleiterschichtenfolge und dem Verbindungsbereich kein weiteres Substrat vorhanden ist. Das kann insbesondere auch bedeuten, dass die zweite Halbleiterschichtenfolge direkt an den Verbindungsbereich angrenzt.
Weiterhin kann es auch möglich sein, dass das erste und zweite Licht emittierende Element jeweils frei von einem Aufwachssubstrat sind. Das kann insbesondere bedeuten, dass nach dem Aufwachsen der ersten Halbleiterschichtenfolge auf einem Aufwachssubstrat dieses von der ersten Halbleiterschichtenfolge getrennt wird und nach dem Aufwachsen der zweiten Halbleiterschichtenfolge auf einem weiteren Aufwachssubstrat dieses von der zweiten Halbleiterschichtenfolge getrennt wird. Für das Trägerelement kann in diesem Fall ein transparentes erstes Substrat bereitgestellt werden, das als Fremdsubstrat ausgebildet ist und nicht als Aufwachssubstrat der Halbleiterschichtenfolge verwendet wurde. Das erste Substrat kann in diesem Fall eines der oben in Verbindung mit Aufwachssubstraten genannten Materialien aufweisen oder daraus sein. Beispielsweise kann das erste Substrat eines oder mehrere Materialien, ausgewählt aus GaAs, Si, SiC, Saphir, Glas, insbesondere transparentes Glas oder mit Leuchtstoffen gefülltes Glas, ZnO, AlN, GaP, GaN, Diamant und eine Leuchtstoffkeramik aufweisen oder daraus sein. Wird ein Fremdsubstrat für das Trägerelement verwendet, weist das Trägerelement zwei Verbindungsbereiche auf, die auf gegenüberliegenden Seiten des als Fremdsubstrat ausgebildeten transparenten ersten Substrats angeordnet sind, so dass das erste und zweite Licht emittierende Element jeweils über einen der Verbindungsbereiche mit dem ersten Substrat verbunden sind. Insbesondere können die erste und zweite Halbleiterschichtenfolge jeweils direkt über einen der Verbindungsbereiche mit dem ersten Substrat verbunden sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform strahlen das erste und zweite Licht emittierende Element im Betrieb Licht mit einem gleichen Wellenlängenbereich ab. Durch die Anordnung des ersten und zweiten Licht emittierenden Elements aufeinander kann somit bei einer gleichen Querschnittsfläche die Lichtleistung im Vergleich zu einem einzelnen Leuchtdiodenchip erhöht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform strahlen das erste und zweite Licht emittierende Element im Betrieb Licht mit unterschiedlichen Wellenlängenbereichen ab. Dadurch kann die Erzeugung von Mischlicht ermöglicht werden, ohne dass unterschiedlich ausgebildete aktive Bereiche und/oder unterschiedliche Materialsysteme innerhalb eines Leuchtdiodenchips epitaktisch aufeinander abgeschieden werden müssen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zwischen der ersten und zweiten Halbleiterschicht eine selektive Filterschicht angeordnet, die zumindest teilweise durchlässig für das von einer der Halbleiterschichtenfolgen erzeugte Licht und zumindest teilweise reflektierend für das von der anderen der Halbleiterschichtenfolgen erzeugte Licht ist. Bildet beispielsweise das erste Licht emittierende Element eine Oberseite der Licht emittierenden Vorrichtung, während das zweite Licht emittierende Element eine Unterseite der Licht emittierenden Vorrichtung bildet, mit der die Licht emittierende Vorrichtung auf einem Träger aufgebracht und montiert wird, kann die selektive Filterschicht bevorzugt zumindest teilweise transparent für das Licht des zweiten Licht emittierenden Elements und zumindest teilweise reflektierend für das Licht des ersten Licht emittierenden Elements sein, so dass eine Abstrahlung des Lichts des ersten Licht emittierenden Elements in Richtung des zweiten Licht emittierenden Elements und somit in Richtung des Trägers vermindert werden kann. Besonders bevorzugt ist hierbei das Licht des unteren, zur Montage verwendeten Licht emittierenden Elements langwelliger als das Licht des oberen, die Oberseite der Licht emittierenden Vorrichtung bildenden Licht emittierenden Elements.
Die selektive Filterschicht kann beispielsweise durch einen Bragg-Spiegel oder durch einen anderen wellenlängensensitiven Spiegel gebildet werden. Die selektive Filterschicht kann innerhalb eines Licht emittierenden Elements und somit zwischen einer Halbleiterschichtenfolge und einem zugehörigen Aufwachssubstrat angeordnet sein. Weiterhin kann die selektive Filterschicht auch unmittelbar angrenzend an das Trägerelement oder innerhalb des Trägerelements angeordnet sein. Das kann bedeuten, dass die selektive Filterschicht auf der dem transparenten ersten Substrat abgewandten Seite der Verbindungsschicht, zwischen der Verbindungsschicht und dem ersten Substrat, auf der der Verbindungsschicht abgewandten Seite des ersten Substrats oder, im Falle eines Trägerelements mit zwei mittels einer Verbindungsschicht miteinander verbundenen Aufwachssubstraten, zwischen diesen auf einer der beiden Seiten der Verbindungsschicht angeordnet ist. Besonders vorteilhaft kann es hierbei sein, wenn die selektive Filterschicht so angeordnet ist, dass das Licht beider Licht emittierenden Elemente im Betrieb der Licht emittierenden Vorrichtung zumindest in einen Teil des transparenten Trägerelements eindringen und von diesem nach außen abgestrahlt werden kann, so dass der oben beschriebene Volumen-Emitter-Effekt für das Licht beider Licht emittierender Elemente genutzt werden kann.
Die hier beschriebene Licht emittierende Vorrichtung kann mit Vorteil mehrere aktive Bereiche aufweisen, ohne dass diese innerhalb einer Epitaxieschichtenfolge mittels Tunnelübergängen oder Schichten aus transparenten leitenden Oxiden miteinander verbunden werden müssten, die eine Erhöhung des elektrischen Widerstands und Absorptionsverluste mit sich bringen würden. Weiterhin können die Halbleiterschichtenfolgen des ersten und zweiten Licht emittierenden Elements unabhängig voneinander gewachsen werden, so dass jeweils optimierte Epitaxieverfahren und Materialzusammensetzungen verwendet werden können, was im Falle einer Halbleiterschichtenfolge mit epitaktisch gestapelten unterschiedlichen aktiven Bereichen nicht immer der Fall ist. Dadurch, dass das erste und zweite Licht emittierende Element unabhängig voneinander elektrisch kontaktierbar sind, kann eine geeignete Verschaltung dieser je nach Anforderung gewählt und variiert werden, so beispielsweise eine gemeinsame Ansteuerung über gemeinsame Anschlussbereiche eines Trägers in einer Parallelverschaltung oder einer Serienverschaltung oder auch eine getrennte Ansteuerung über getrennte Anschlussbereiche.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
1A bis 1C schematische Darstellungen eines Verfahrens zur Herstellung einer Licht emittierenden Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2A und 2B schematische Darstellungen eines Verfahrens zur Herstellung einer Licht emittierenden Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
3 eine schematische Darstellung einer Licht emittierenden Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
4A bis 4E schematische Darstellungen von Verbindungsbereichen von Licht emittierenden Vorrichtungen gemäß weiteren Ausführungsbeispielen und
5 eine schematische Darstellung einer selektiven Spiegelschicht in Licht emittierenden Vorrichtungen gemäß weiteren Ausführungsbeispielen.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele sind rein exemplarisch und nicht auf die jeweils gezeigten Merkmale beschränkt. Vielmehr können die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele und deren Merkmale gemäß weiteren Ausführungsbeispielen auch miteinander kombiniert werden. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
In 1A bis 1C ist ein Verfahren zur Herstellung einer Licht emittierenden Vorrichtung 100 gezeigt. In einem ersten Verfahrensschritt werden, wie in 1A gezeigt ist, ein erstes Licht emittierendes Element 10 und ein zweites Licht emittierendes Element 20 bereitgestellt. Auch wenn in 1A sowie auch in nachfolgenden Figuren jeweils einzelne Licht emittierende Bauelemente 10, 20 gezeigt sind, können diese stellvertretend für Waferverbunde von ersten beziehungsweise zweiten Licht emittierenden Elementen stehen. Insbesondere können somit gemäß der folgenden Beschreibung ein erster Waferverbund mit einer Vielzahl von zusammenhängenden ersten Licht emittierenden Elementen und ein zweiter Waferverbund mit einer Vielzahl von zusammenhängenden zweiten Licht emittierenden Elementen bereitgestellt und miteinander verbunden werden.
Das erste Licht emittierende Element 10 weist eine erste Halbleiterschichtenfolge 11 auf, die einen aktiven Bereich aufweist, der dazu vorgesehen und eingerichtet ist, im Betrieb Licht zu erzeugen. Die erste Halbleiterschichtenfolge 11 wird epitaktisch auf einem Aufwachssubstrat gebildet durch ein erstes Substrat 12 aufgewachsen und auf einer dem Substrat 12 abgewandten Seite mit elektrischen Kontaktbereichen 13 zur elektrischen Kontaktierung des ersten Licht emittierenden Elements 10 versehen. Das zweite Licht emittierende Element 20 weist eine Halbleiterschichtenfolge 21 mit einem aktiven Bereich auf, der ebenfalls dazu vorgesehen und eingerichtet ist, im Betrieb Licht zu erzeugen. Zur Herstellung des zweiten Licht emittierenden Elements 20 wird die zweite Halbleiterschichtenfolge 21 auf einem Aufwachssubstrat gebildet durch ein zweites Substrat 22 epitaktisch aufgewachsen und auf der dem Substrat 22 abgewandten Seite der zweiten Halbleiterschichtenfolge 21 mit elektrischen Kontaktbereichen 23 zur elektrischen Kontaktierung des zweiten Licht emittierenden Elements 20 versehen. Alternativ zu einer Bereitstellung der Licht emittierenden Elemente 10, 20 mit elektrischen Kontaktbereichen 23 vor dem nachfolgenden Verbindungsschritt können elektrische Kontaktbereich 23 auch nach dem Verbindungsschritt aufgebracht werden.
Die Licht emittierenden Elemente 10, 20 können insbesondere als Leuchtdiodenchips basierend auf einem Nitrid-, Phosphid- oder Arsenid-Verbindungshalbleitermaterialsystem wie oben im allgemeinen Teil beschrieben ausgebildet sein. Das jeweilige Aufwachssubstrat 12, 22 kann je nach verwendetem Halbleitermaterial der Halbleiterschichtenfolgen 11, 21 beispielsweise Saphir, SiC, Si, Ge, GaAs oder ein anderes oben im allgemeinen Teil genanntes Material aufweisen oder daraus sein. Jede der Halbleiterschichtenfolgen 11, 21 weist zumindest eine n-leitende Halbleiterschicht und zumindest eine p-leitende Halbleiterschicht auf, zwischen denen der jeweilige aktive Bereich angeordnet ist. Entsprechend der jeweiligen Aufwachsrichtung können beim ersten Licht emittierenden Element 10 und/oder beim zweiten Licht emittierenden Element 20 die n-leitende Halbleiterschicht oder die p-leitende Halbleiterschicht dem jeweiligen Substrat 12, 22 zugewandt angeordnet sein, so dass die Licht emittierenden Elemente 10, 20 in der jeweiligen Aufwachsrichtung einen oben im allgemeinen Teil beschriebenen n-p-Aufbau oder p-n-Aufbau aufweisen können.
In einem weiteren Verfahrensschritt, der in 1B gezeigt ist, werden das erste und zweite Licht emittierende Element 10, 20 miteinander unter Bildung eines Trägerelements 30 verbunden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Substrate 12, 22 transparent ausgebildet, so dass auch das Trägerelement 30 als transparentes Trägerelement ausgebildet ist. Die Substrate 12, 22 können vor dem Verbinden noch gedünnt und/oder planarisiert, beziehungsweise poliert, und/oder gereinigt werden. Das Verbinden erfolgt mithilfe eines Waferbonden-Verfahrens, so dass das Trägerelement 30 zwischen dem ersten Substrat 12 und dem zweiten Substrat 22 einen Verbindungsbereich 31 aufweist, der als Waferbonden-Verbindungsbereich ausgebildet ist.
Im gezeigten Ausgangsbeispiel kann das Verbinden der Licht emittierenden Elemente 10, 20 beispielsweise durch ein direktes Waferbonden erfolgen, so dass der Verbindungsbereich 31 frei von einer Verbindungsschicht sein kann. Die Substrate 12, 22 können im Verbindungsbereich 31 direkt aneinander angrenzen und direkt miteinander verbunden. Weitere Merkmale des Waferbondens und des dadurch hergestellten Verbindungsbereichs 31 sind in Verbindung mit den 4A bis 4E beschrieben.
Der durch das Waferbonden hergestellte Verbund von miteinander verbundenen ersten und zweiten Licht emittierenden Elementen 10, 20 bildet einen Vorrichtungsverbund aus einer Mehrzahl von Licht emittierenden Vorrichtungen. Im Vorrichtungsverbund können einzelne Licht emittierende Elemente 10, 20 vor nachfolgenden Verfahrensschritten auf der Ober- und Unterseite des Verbunds auf ihre elektrischen und optischen Eigenschaften hin geprüft werden.
Durch ein Zerteilen des Vorrichtungsverbunds kann dieser in einzelne Licht emittierende Vorrichtungen 100 vereinzelt werden, die dann, wie in 1C gezeigt ist, beispielsweise auf einem Träger 50, beispielsweise einer Leiterplatte, einem Leiterrahmen oder einem Gehäuse, montiert werden können. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das zweite Licht emittierende Element 20 als oberflächenmontierbarer Leuchtdioden-Flip-Chip ausgebildet, der beispielsweise mittels einer Lötverbindung auf elektrischen Anschlussbereichen 51 des Trägers 50 montiert und elektrisch angeschlossen werden kann. Das erste Licht emittierende Element 10 ist ebenfalls als Leuchtdioden-Flip-Chip oder als Leuchtdiodenchip, der über eine Drahtkontaktierung kontaktierbar ist, ausgebildet. Dadurch kann das erste Licht emittierende Element 10 mit weiteren elektrischen Anschlussbereichen 52 des Trägers 50 beispielsweise über Bonddrähte 53 elektrisch leitend verbunden werden. Die elektrischen Anschlussbereiche 51, 52 des Trägers können getrennt voneinander oder miteinander verschaltet sein. Je nach Ausgestaltung der elektrischen Anschlussbereiche 51, 52 kann somit eine getrennte Ansteuerung oder eine Parallel- oder Serienverschaltung der Licht emittierenden Elemente 10, 20 in der Licht emittierenden Vorrichtung 100 erreicht werden.
Da die Substrate der Licht emittierenden Elemente 10, 20 und somit das zwischen Halbleiterschichtenfolgen angeordnete Trägerelement transparent ausgebildet sind, kann die Licht emittierende Vorrichtung 100 im Betrieb Licht 99, wie in 1C angedeutet ist, sowohl über das die Oberseite der Licht emittierenden Vorrichtung 100 bildende erste Licht emittierende Element 100 als auch über Seitenflächen des Trägerelements abstrahlen, so dass die Licht emittierende Vorrichtung 100 die Abstrahlcharakteristik eines Volumenemitters aufweisen kann. Im Fall, dass beide Licht emittierenden Elemente 10, 20 als Flip-Chips ausgebildet sind, kann im Betrieb eine Lichtemission 99 beispielsweise auch nur über Seitenflächen des Trägerelements erfolgen. Weiterhin können in diesem Fall auch Seitenflächen des Trägerelements zumindest teilweise mit einer Spiegelschicht versehen sein, so dass die Lichtemission nur in vorgewählte bestimmte Richtungen über diejenigen Teile der Seitenflächen des Trägerelements erfolgt, die frei von der Spiegelschicht sind.
Je nach Ausbildung der Substrate des ersten und zweiten Licht emittierenden Elements 10, 20 in der Licht emittierenden Vorrichtung 100 können die Halbleiterschichtenfolgen der Licht emittierenden Elemente 10, 20 und damit deren aktive Bereiche beispielsweise einige zehn bis zu einigen 100 µm voneinander beabstandet auf gegenüberliegenden Seiten des transparenten Trägerelements angeordnet sein. Je nach Aufbringreihenfolge der Halbleiterschichtenfolgen kann die Licht emittierende Vorrichtung 100 im Hinblick auf die n- und p-dotierten Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolgen wie weiter oben beschrieben einen spiegelsymmetrischen n-p-p-n- oder p-n-n-p-Aufbau oder einen translationssymmetrischen n-p-n-p- oder p-n-p-n-Aufbau in Anordnungsrichtung des ersten und zweiten Licht emittierenden Elements 10, 20 aufweisen.
In den 2A und 2B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung einer Licht emittierenden Vorrichtung 100 gezeigt, das eine Modifikation des in Verbindung mit den 1A bis 1C beschriebenen Verfahrens darstellt. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich daher im Wesentlichen auf die Unterschiede zum vorherigen Ausführungsbeispiel.
Im Vergleich zum vorherigen Ausführungsbeispiel wird, wie in 2A gezeigt ist, eine der Halbleiterschichtenfolgen nach dem Aufwachsen auf einem Aufwachssubstrat von diesen getrennt, so dass eines der Licht emittierenden Elemente, im vorliegenden Ausführungsbeispiel rein beispielhaft das zweite Licht emittierende Element 20, frei vom Aufwachssubstrat ist. Alternativ hierzu kann auch das erste Licht emittierende Element 10 frei vom Aufwachssubstrat bereitgestellt werden. Das Entfernen des Aufwachssubstrats beinhaltet ein temporäres Umbonden auf ein anderes Substrat oder einen Hilfsträger und einen so genannten Lift-Off-Prozess zur Entfernung des Aufwachssubstrats (nicht gezeigt). Weiterhin können Polier- und/oder Reinigungsschritte durchgeführt werden.
Wie in 2B gezeigt ist, weist die Licht emittierende Vorrichtung 100 nach dem Verbinden des ersten und zweiten Licht emittierenden Elements 10, 20 miteinander als Trägerelement 30 das erste Substrat 11 des ersten Licht emittierenden Elements 10 und den Verbindungsbereich 31 zwischen dem Substrat 11 und der zweiten Halbleiterschichtenfolge 21 auf, der die zweite Halbleiterschichtenfolge 21 direkt mit dem ersten Substrat 11 verbindet. Wie weiter unten in Verbindung mit den 4A bis 4E beschrieben ist, kann für das gezeigte Ausführungsbeispiel insbesondere ein Waferbonden in Verbindung mit einer Verbindungsschicht sowie einer geeigneten dreidimensionalen Struktur der miteinander verbundenen Oberflächen des ersten und zweiten Licht emittierenden Elements 10, 20 zur Erhöhung der Lichtauskopplung vorteilhaft sein.
In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Licht emittierende Vorrichtung 100 gezeigt, die eine Modifikation der vorherigen Ausführungsbeispiele darstellt. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich daher im Wesentlichen auf die Unterschiede zu den vorherigen Ausführungsbeispielen.
Die in 3 gezeigte Licht emittierende Vorrichtung 100 wurden im Vergleich zu den vorherigen Ausführungsbeispielen die Halbleiterschichtenfolgen 11, 21 beider Licht emittierender Elemente 10, 20 vom jeweiligen Aufwachssubstrat getrennt. Dementsprechend sind das erste und zweite Licht emittierende Element 10, 20 jeweils frei von einem Aufwachssubstrat.
Nach dem Bereitstellen des ersten und zweiten Licht emittierenden Elements 10, 20, gegebenenfalls auf Hilfsträgern, werden diese mittels Waferbonden unter Bildung eines transparenten Trägerelements 30 miteinander verbunden. Hierzu wird ein Fremdsubstrat in Form eines transparenten Substrats 40 bereitgestellt, das auf gegenüberliegenden Seiten jeweils einen Verbindungsbereich 31 aufweist. Die Verbindungsbereiche 31 sind Waferbonden-Verbindungsbereiche, durch die das erste und zweite Licht emittierende Element 10, 20 auf gegenüberliegenden Seiten des Substrats 40 befestigt sind. Wie schon im vorherigen Ausführungsbeispiel beschrieben, können die Verbindungsbereiche 31 des Trägerelements 30 im in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel bevorzugt durch Waferbonden unter Verwendung einer Verbindungsschicht hergestellt werden.
Das transparente Substrat 40 des Trägerelements 30 kann unabhängig von den Materialsystemen und den Epitaxieverfahren zur Herstellung der Halbleiterschichtenfolgen 11, 21 gezielt im Hinblick auf seine mechanischen und insbesondere seine optischen Eigenschaften ausgewählt sein und beispielsweise GaP, SiC, Saphir, Glas oder ein anderes oben im allgemeinen Teil genanntes Material aufweisen oder daraus sein.
In den 4A bis 4E sind Ausschnitte von Verbindungsbereichen 31 gezeigt, die für die Trägerelemente der Licht emittierenden Vorrichtungen der vorherigen Ausführungsbeispiele verwendet werden können.
In 4A ist ein Verbindungsbereich 31 zwischen zwei Schichten 1, 2 gezeigt, der durch direktes Waferbonden („Kleben ohne Kleber“, „gluing without glue“) hergestellt wird. Entsprechend weist der Verbindungsbereich 31 keine Verbindungsschicht mit einem zusätzlich aufgebrachten Material auf und entspricht im Wesentlichen der Grenzfläche zwischen den Schichten 1, 2. Die Schichten 1, 2 können beispielsweise die Aufwachssubstrate des ersten und zweiten Licht emittierenden Elements sein, wie oben in Verbindung mit den 1A bis 1C beschrieben ist. Alternativ hierzu kann es auch möglich sein, dass eine der Schichten 1, 2 die Halbleiterschichtenfolge eines der Licht emittierenden Elemente ist, die von einem Aufwachssubstrat abgelöst wurde, während die andere der Schichten 1, 2 das Aufwachssubstrat des anderen Licht emittierenden Elements oder ein Fremdsubstrat ist, wie in Verbindung mit den 2B und 3 gezeigt ist.
Zur Herstellung des Verbindungsbereich 31 durch direktes Waferbonden ist es erforderlich, dass die Schichten 1, 2 sehr glatt und sehr sauber sind, so dass die zu verbindenden Oberflächen der Schichten 1, 2 vor dem Durchführen des Waferbondens planarisiert und gereinigt werden. Die zu verbindenden Oberflächen der Schichten 1, 2 können beispielsweise hydrophob oder hydrophil sein und nach dem Zusammenfügen durch Druck- und Temperaturanwendung unter Ausbildung des Verbindungsbereichs 31 miteinander verbunden werden.
Beispielsweise können eine oder beide der zu verbindenden Oberflächen der Schichten 1, 2 nach einem Polieren in Hoch- oder Ultrahochvakuum oder in einer inerten Atmosphäre nach dem Polieren in-situ gereinigt und anschließend verbunden werden. Zur Reinigung können beispielsweise ein Atom- oder Ionenstrahl und/oder ein Plasma verwendet werden. Durch die Reinigung ist es möglich, die Reaktionsfreude der zu verbindenden Oberflächen zu erhöhen, weshalb ein Vakuum oder eine inerte Atmosphäre äußerst bevorzugt sind.
Alternativ kann eine insbesondere durch III-V-Verbindungshalbleitermaterialien gebildete Oberfläche mit atomarem Wasserstoff von Oxid befreit und damit ebenfalls reaktiver gemacht werden. In Hoch- oder Ultrahochvakuum oder in einer inerten Atmosphäre kann dann ein Kontakt mit einer gereinigten Substratoberfläche zu einer stabilen Verbindung und Haftung führen.
Weiterhin kann auch eine thermische Desorption zur Reinigung und damit zur Steigerung der Oberflächenreaktivität einer oder beider der zu verbindenden Oberflächen verwendet werden. Beispielweise kann ein Substrat aus Saphir thermisch etwa bei 300°C gereinigt werden und mit einer ebenfalls thermisch gereinigten AlGaInN-Oberfläche bei Raumtemperatur oder einer erhöhten Temperatur wie etwa 250°C dauerhaft verbunden werden.
In 4B ist der Verbindungsbereich 31 gezeigt, der im Vergleich zum verbindungsschichtlosen Verbindungsbereich des Ausführungsbeispiels der 4A eine transparente Verbindungsschicht 3 zwischen den zu verbindenden Schichten 1, 2 aufweist. Die Verbindungsschicht 3 kann beispielsweise ein anorganisches Material wie etwa Siliziumdioxid oder einen anorganischen Klebstoff wie ZnS aufweisen oder daraus sein. Alternativ hierzu kann die Verbindungsschicht 3 beispielsweise auch ein organisches Material, etwa einen organischen Klebstoff wie BCB, aufweisen oder daraus sein. Darüber hinaus sind auch andere, oben im allgemeinen Teil genannte Verbindungsmaterialien möglich.
Die mittels der Verbindungsschicht 3 verbundenen Schichten 1, 2 können beispielsweise eine von einem Aufwachssubstrat getrennte Halbleiterschichtenfolge eines Licht emittierenden Elements sowie ein Aufwachssubstrat eines anderen Licht emittierenden Elements oder ein Fremdsubstrat sein, wie in Verbindung mit den 2B und 3 beschrieben ist. Alternativ hierzu kann es auch möglich sein, wie im Ausführungsbeispiel der 1A bis 1C beschrieben, mittels der Verbindungsschicht 3 zwei Aufwachssubstrate zweier Licht emittierender Elemente zur Herstellung des Trägerelements durch Waferbonden zu verbinden.
Die Dicke der Verbindungsschicht 3 kann größer gleich 10 nm bis zu einigen Mikrometern sein. Sind die Oberflächen der zu verbindenden Schichten 1, 2 wie in 4B gezeigt planar, so kann die Dicke der Verbindungsschicht 3 bevorzugt gering gewählt werden und beispielsweise größer oder gleich 10 nm und kleiner oder gleich 100 nm sein.
Darüber hinaus kann es auch möglich sein, als Verbindungsschicht 3 eine dünne Metallschicht zu verwenden, die die Reaktivität der zu verbindenden Oberflächen erhöhen kann. In diesem Fall kann nach oder anstelle der Reinigung mit einem der vorab in Verbindung mit der 4A beschriebenen Reinigungsverfahren die dünne Metallschicht, beispielsweise mit oder aus einem oder mehreren Metallen ausgewählt aus Ti, Cr, Zr, V, aufgedampft oder aufgesputtert werden. Um gute Haftung zu vermitteln, kann eine Monolage oder sogar eine Submonolage ausreichen. Die Metallschicht kann somit eine Dicke von 1 nm oder weniger aufweisen. Bei einer derartig geringen Dicke, die sogar deutlich unter 1 nm liegen kann, kann eine absorbierende Wirkung der Verbindungsschicht nahezu oder sogar gänzlich vernachlässigt werden. Insbesondere kann eine derartige Metallschicht in Kombination mit den vorab beschriebenen Reinigungsverfahren, beispielsweise einer Reinigung mit einem Atom- oder Ionenstrahl und/oder einem Plasma oder einer Reinigung durch thermische Desorption, und mit den vorab beschriebenen Ausführungsbeispielen vorteilhaft sein.
In 4C ist eine Modifikation eines Verbindungsbereichs 31 mit einer Verbindungsschicht 3 gezeigt, bei dem die zu verbindenden Oberflächen der Schichten 1, 2 im Vergleich zum vorherigen Ausführungsbeispiel jeweils eine dreidimensionale Struktur aufweisen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die dreidimensionalen Strukturen unregelmäßig ausgebildet und können beispielsweise jeweils durch eine Aufrauung gebildet sein. Alternativ zum gezeigten Ausführungsbeispiel kann es auch sein, dass die Oberfläche eine der Schichten 1, 2 planar und die andere Oberfläche der Schichten 1, 2 mit einer dreidimensionalen Struktur in Form einer Aufrauung versehen ist. Beispielsweise kann es sich bei einer der Schichten 1, 2 um eine von einem Aufwachssubstrat befreite Halbleiterschichtenfolge des einen Licht emittierenden Elements und bei der anderen der Schichten 1, 2 um ein Aufwachssubstrat des anderen Licht emittierenden Elements oder um ein Fremdsubstrat handeln. Weiterhin kann es sich bei den Schichten 1, 2 auch um die Aufwachssubstrate der beiden zu verbindenden Licht emittierenden Elemente handeln.
Die Dicke der Verbindungsschicht 3 ist so gewählt, dass die dreidimensionale Struktur bedeckt und somit planarisiert ist. Je nach Größe der dreidimensionalen Struktur, die Höhenunterschiede im Bereich von größer oder gleich 500 nm oder größer oder gleich 1 µm aufweisen kann, kann die Dicke der Verbindungsschicht 3 entsprechend größer oder gleich 500 nm oder größer oder gleich 1 µm sein.
Durch die dreidimensionale Struktur zumindest einer der Oberflächen der Schichten 1, 2 kann eine interne Reflexion von Licht an diesen Oberflächen reduziert werden, wodurch sich das von den Licht emittierenden Elementen im Betrieb der Licht emittierenden Vorrichtung erzeugte Licht besser in der Licht emittierenden Vorrichtung zwischen dem ersten und zweiten Licht emittierenden Element ausbreiten und dadurch besser nach außen abgestrahlt werden kann.
In 4D ist eine weitere Modifikation eines Verbindungsbereichs 31 mit einer Verbindungsschicht 3 gezeigt, bei dem im Vergleich zum vorherigen Ausführungsbeispiel nur eine der Schichten 1, 2 im Verbindungsbereich 31 eine Oberfläche mit einer dreidimensionalen Struktur aufweist, während die andere der Schichten 1, 2 im Verbindungsbereich 31 eine planare Oberfläche aufweist. Die dreidimensionale Struktur ist weiterhin regelmäßig ausgebildet und weist somit eine regelmäßige Anordnung von Erhöhungen und/oder Vertiefungen auf. Beispielsweise kann die dreidimensionale Struktur eine Oberfläche einer von einem Aufwachssubstrat befreiten Halbleiterschichtenfolge sein, bei der das Aufwachssubstrat eine strukturierte Oberfläche aufgewiesen hat, die sich durch das epitaktische Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge auf diese übertragen hat.
In 4E ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Verbindungsbereich 31 mit einer Verbindungsschicht 3 gezeigt, wobei die Verbindungsschicht 3 ein Metall aufweist. Um eine zumindest teilweise Transparenz der Verbindungsschicht 3 zu gewährleisten, ist die Verbindungsschicht 3 in metallische Verbindungselemente strukturiert, zwischen denen Hohlräume und/oder Öffnungen sind, die frei vom Material der Verbindungsschicht 3 sind. Die Verbindungsschicht 3 kann beispielsweise Öffnungen aufweisen, die vom Material der Verbindungsschicht 3 umgeben sind. Die metallischen Verbindungselemente können in diesem Fall beispielsweise eine netzartige Struktur bilden. Alternativ oder zusätzlich kann die Verbindungsschicht 3 Inseln aus dem Material der Verbindungsschicht 3 aufweisen, die von Hohlräumen umgeben sind. Die metallischen Verbindungselemente der Verbindungsschicht 3 können diesem Fall beispielsweise voneinander getrennte Inseln bilden.
Die Dicke der metallischen Verbindungsschicht 3 kann bevorzugt größer oder gleich 10 nm und kleiner oder gleich 100 nm sein, so dass die Hohlräume und/oder Öffnungen zwischen den Schichten 1, 2 auf ein entsprechendes Maß begrenzt sind.
Die Schichten 1, 2 können gemäß den vorherigen Ausführungsbeispielen der 1A bis 3 beispielsweise zwei Aufwachssubstrate, eine von einem Halbleitersubstrat befreite Halbleiterschichtenfolge in Kombination mit einem Aufwachssubstrat oder in Kombination mit einem Fremdsubstrat sein.
In 5 ist ein Ausschnitt einer Licht emittierenden Vorrichtung gemäß weiteren Ausführungsbeispielen gezeigt, die zwischen zwei Schichten 4, 5 eine selektive Filterschicht 6 aufweist. Insbesondere ist die selektive Filterschicht zwischen der ersten und zweiten Halbleiterschichtenfolge des ersten und zweiten Licht emittierenden Elements der Licht emittierenden Vorrichtung angeordnet. Die selektive Filterschicht 6, die beispielsweise als Bragg-Spiel oder als anderes wellenlängenselektives Filterelement ausgebildet sein kann, kann bevorzugt in Verbindung mit Licht emittierenden Elementen verwendet werden, die Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen abstrahlen. In diesem Fall ist die selektive Filterschicht 6 insbesondere für das Licht eines der Licht emittierenden Elemente zumindest teilweise reflektierend und für das Licht des anderen der Licht emittierenden Elemente zumindest teilweise durchlässig. Hierbei kann es besonders vorteilhaft sein, wenn die Filterschicht für das Licht des Licht emittierenden Elements, mit dem die Licht emittierende Vorrichtung auf einem Träger montiert wird, zumindest teilweise durchlässig ist und für das Licht des die Abstrahlungsseite bildenden Licht emittierenden Elements zumindest teilweise reflektierend ist. Für die in den 1C, 2B und 3 gezeigten Orientierungen der Licht emittierenden Vorrichtungen 100, bei denen das erste Licht emittierende Element 10 die Abstrahlungsseite und das zweite Licht emittierende Element 20 die Montageseite der Licht emittierenden Vorrichtungen 100 bildet, kann die selektive Filterschicht 6 somit bevorzugt zumindest teilweise durchlässig für das Licht des zweiten Licht emittierenden Elements 20 und zumindest teilweise reflektierend für das Licht des ersten Licht emittierenden Elements 10 sein.
Um interne Absorptionseffekte zu minimieren, kann es weiterhin besonders vorteilhaft sein, wenn die selektive Filterschicht 6 das kurzwelligere Licht der Licht emittierenden Elemente 10, 20 zumindest teilweise reflektiert und für das langwelligere Licht der Licht emittierenden Elemente 10, 20 zumindest teilweise durchlässig ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das die Abstrahlungsseite bildende Licht emittierende Element, also in den vorherigen Ausführungsbeispielen das erste Licht emittierende Element 10, Licht mit einer kürzeren Wellenlänge abstrahlt als das die Montageseite bildende Licht emittierende Element, also in den vorherigen Ausführungsbeispielen das zweite Licht emittierende Element 20, so dass Absorptionsverluste des kürzerwelligen Lichts der einen Halbleiterschichtenfolge in der anderen Halbleiterschichtenfolge mit der geringeren Bandlücke verringert werden können.
Die Schichten 4, 5, zwischen denen die selektive Filterschicht 6 angeordnet ist, können insbesondere im Hinblick auf die vorherigen Ausführungsbeispiele die folgenden Schichten der Licht emittierenden Vorrichtung sein:

– die Halbleiterschichtenfolge des zweiten Licht emittierenden Elements und ein Verbindungsbereich des Trägerelements,
– ein an die Halbleiterschichtenfolge des zweiten Licht emittierenden Elements direkt angrenzender Verbindungsbereich und ein Substrat des Trägerelements,
– ein erstes und ein zweites Substrat des Trägerelements, wobei ein Verbindungsbereich des Trägerelements zwischen der selektiven Filterschicht und dem ersten Substrat oder der selektiven Filterschicht und dem zweiten Substrat angeordnet sein kann,
– ein an die Halbleiterschichtenfolge des ersten Licht emittierenden Elements direkt angrenzender Verbindungsbereich und ein Substrat des Trägerelements,
– die Halbleiterschichtenfolge des ersten Licht emittierenden Elements und ein Verbindungsbereich des Trägerelements,
– das Aufwachssubstrat und die Halbleiterschichtenfolge des ersten oder zweiten Licht emittierenden Elements.

Insbesondere können die Schichten 4, 5 unmittelbar an die selektive Filterschicht 6 angrenzen.
Die in Verbindung mit den 1A bis 5 beschriebenen Ausführungsbeispiele können weiterhin auch Merkmale gemäß der im Folgenden beschriebenen, konkreten Ausführungsbeispiele für Licht emittierende Vorrichtungen aufweisen.
Zwei Licht emittierende Elemente mit Halbleiterschichtenfolgen basierend auf AlInGaN mit Aufwachssubstraten, beispielsweise aus Saphir, werden bereitgestellt. Eines der Licht emittierenden Elemente ist als Leuchtdioden-Flip-Chip ausgebildet, während das andere Licht emittierende Element mit elektrischen Kontakteelementen zur Drahtkontaktierung ausgebildet ist. Die Licht emittierenden Elemente werden mit den Aufwachssubstraten unter Bildung eines Trägerelements durch Waferbonden mittels einer Verbindungsschicht aus einem Klebstoff miteinander verbunden. Die Grenzfläche zwischen dem Aufwachssubstrat und der Halbleiterschichtenfolge eines oder beider Licht emittierenden Elemente kann eine dreidimensionale Struktur aufgrund einer Oberflächenstruktur des Aufwachssubstrats auf der der Halbleiterschichtenfolge zugewandten Seite aufweisen. Die Verbindungsschicht des Trägerelements zwischen den Aufwachssubstraten kann planar sein oder eine Oberflächenstruktur aufgrund einer Aufrauung eines oder beider Aufwachssubstrate aufweisen.
Zwei Licht emittierende Elemente mit Halbleiterschichtenfolgen basierend auf AlInGaN werden bereitgestellt, wobei eines der Licht emittierenden Elemente mit dem Aufwachssubstrat, beispielsweise aus Saphir, bereitgestellt wird und das andere Licht emittierende Element vom Aufwachssubstrat getrennt wird. Eines der Licht emittierenden Elemente ist als Leuchtdioden-Flip-Chip ausgebildet, während das andere Licht emittierende Element mit elektrischen Kontakteelementen zur Drahtkontaktierung ausgebildet ist. Das Licht emittierende Element mit der vom Aufwachssubstrat getrennten Halbleiterschichtenfolge wird mit der der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite des Aufwachssubstrats des anderen Licht emittierenden Elements durch Waferbonden mittels einer Verbindungsschicht verbunden. Die Verbindungsschicht kann ein optischer Klebstoff, beispielsweise basierend auf ZnS, sein.
Zwei Licht emittierende Elemente mit Halbleiterschichtenfolgen basierend auf AlInGaP werden bereitgestellt, wobei die Halbleiterschichtenfolgen beider Licht emittierenden Elemente nach dem Aufwachsen auf dem jeweiligen Aufwachssubstrat, beispielsweise aus GaAs, vom jeweiligen Aufwachssubstrat getrennt werden und durch Waferbonden mittels Verbindungsschichten, beispielsweise aus einem Klebstoff, auf gegenüberliegenden Seiten eines transparenten Fremdsubstrats, beispielsweise aus GaP, SiC, Saphir, Glas oder einem anderen geeigneten transparenten Material, miteinander verbunden werden.
Zwei Licht emittierende Elemente mit Halbleiterschichtenfolgen basierend auf AlInGaAs mit Aufwachssubstraten, beispielsweise aus GaAs, werden bereitgestellt. Eines der Licht emittierenden Elemente ist als Leuchtdioden-Flip-Chip ausgebildet, während das andere Licht emittierende Element mit elektrischen Kontakteelementen zur Drahtkontaktierung ausgebildet ist. Die Licht emittierenden Elemente werden mit den Aufwachssubstraten unter Bildung eines Trägerelements durch direktes Waferbonden miteinander verbunden. Hierzu werden die zu verbindenden GaAs-Oberflächen vor dem Waferbonden hoch poliert. Die Oberflächen und Grenzflächen zwischen den Schichten der so hergestellten Licht emittierenden Vorrichtung können alle im Wesentlichen planar sein.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1, 2: Schicht
3: Verbindungsschicht
4, 5: Schicht
6: Spiegelschicht
10, 20: Licht emittierendes Element
11, 21: Halbleiterschichtenfolge
12, 22: Substrat
13, 23: elektrischer Kontaktbereich
30: Trägerelement
31: Verbindungsbereich
40: Substrat
50: Träger
51, 52: elektrischer Anschlussbereich
53: Drahtverbindung
99: Licht
100: Licht emittierende Vorrichtung

Claims

Licht emittierende Vorrichtung, aufweisend – ein erstes Licht emittierendes Element (10) mit einer ersten Halbleiterschichtenfolge (11) und ein zweites Licht emittierendes Element (20) mit einer zweiten Halbleiterschichtenfolge (21), die jeweils einen aktiven Bereich aufweisen, der dazu vorgesehen und eingerichtet ist, im Betrieb des Licht emittierenden Bauelements Licht zu erzeugen, – ein transparentes Trägerelement (30) zwischen der ersten Halbleiterschichtenfolge (11) und der zweiten Halbleiterschichtenfolge (21), das zumindest ein transparentes erstes Substrat (12, 22, 40) und zumindest einen Verbindungsbereich (31) aufweist, der zwischen einer der Halbleiterschichtenfolgen (11, 21) und dem ersten Substrat (12, 22, 40) angeordnet ist, wobei das erste und zweite Licht emittierende Element (10, 20) unabhängig voneinander elektrisch kontaktierbar sind und wobei der zumindest eine Verbindungsbereich (31) ein Waferbonden-Verbindungsbereich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Substrat (12) ein Aufwachssubstrat ist, auf dem die erste Halbleiterschichtenfolge (11) aufgewachsen ist, und der Verbindungsbereich (31) zwischen dem ersten Substrat (12) und der zweiten Halbleiterschichtenfolge (21) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Trägerelement (30) ein transparentes zweites Substrat (22) aufweist, das ein Aufwachssubstrat ist, auf dem die zweite Halbleiterschichtenfolge (21) aufgewachsen ist, und der zumindest eine Verbindungsbereich (31) zwischen dem ersten und zweiten Substrat (12, 22) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zweite Licht emittierende Element (20) frei von einem Aufwachssubstrat ist und die zweite Halbleiterschichtenfolge (22) über den Verbindungsbereich (31) mit dem ersten Substrat (11) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste und zweite Licht emittierende Element (10, 20) jeweils frei von einem Aufwachssubstrat sind und zwischen der ersten Halbleiterschichtenfolge (11) und dem ersten Substrat (40), das ein Fremdsubstrat ist, und zwischen der zweiten Halbleiterschichtenfolge (21) und dem ersten Substrat (40) jeweils ein Verbindungsbereich (31) angeordnet ist, der ein Waferbonden-Verbindungsbereich ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste Substrat (12, 22, 40) eines oder mehrere Materialien ausgewählt aus GaAs, Si, SiC, Saphir, Glas, ZnO, AlN, GaP, GaN, Diamant und einer Leuchtstoffkeramik aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste und zweite Licht emittierende Element (10, 20) jeweils elektrische Kontaktbereiche (23) zur elektrischen Kontaktierung der jeweiligen Halbleiterschichtenfolge (11, 21) auf einer dem Trägerelement (30) abgewandten Seite der jeweiligen Halbleiterschichtenfolge (11, 21) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eines der ersten und zweiten Licht emittierenden Elemente (10, 20) als oberflächenmontierbarer Leuchtdioden-Flip-Chip und das andere der ersten und zweiten Licht emittierenden Elemente (10, 20) als Leuchtdiodenchip, der auf einer dem Trägerelement (30) abgewandten Oberseite über eine Drahtkontaktierung kontaktierbar ist, ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Trägerelement (30) eine Dicke von größer oder gleich 10 µm aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der zumindest eine Verbindungsbereich (31) planar ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der zumindest eine Verbindungsbereich (31) mit einer dreidimensionalen Struktur ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Verbindungsbereich (31) eine Verbindungsschicht (3) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Verbindungsschicht (3) ein Glas, ein Glaslot, ein transparentes Metalloxid, Siliziumdioxid, ZnS, einen organischen Klebstoff oder ein Metall aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Verbindungsschicht (3) als Metallschicht ausgebildet ist, die in metallische Verbindungselemente strukturiert ist, zwischen denen der Verbindungsbereich (31) Spalte aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche, wobei – das erste und zweite Licht emittierende Element (10, 20) im Betrieb Licht mit unterschiedlichen Wellenlängenbereichen abstrahlen und – zwischen der ersten und zweiten Halbleiterschichtenfolge (11, 21) eine selektive Filterschicht (6) angeordnet ist, die durchlässig für das von einer Halbleiterschichtenfolge erzeugte Licht und reflektierend für das von der anderen Halbleiterschichtenfolge erzeugte Licht ist.
Verfahren zur Herstellung einer Licht emittierenden Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 mit den Schritten: – Bereitstellen eines ersten Licht emittierenden Elements (10) mit einer ersten Halbleiterschichtenfolge (11) und eines zweiten Licht emittierenden Elements (20) mit einer zweiten Halbleiterschichtenfolge (21), die jeweils einen aktiven Bereich aufweisen, der dazu vorgesehen und eingerichtet ist, im Betrieb der Licht emittierenden Vorrichtung Licht zu erzeugen, wobei das erste und zweite Licht emittierende Element (10, 20) unabhängig voneinander elektrisch kontaktierbar sind, – Verbinden des ersten und zweiten Licht emittierenden Elements (10, 20) miteinander durch Waferbonden, wobei durch das Waferbonden ein transparentes Trägerelement (30) zwischen der ersten Halbleiterschichtenfolge (11) und der zweiten Halbleiterschichtenfolge (21) gebildet wird, das zumindest ein transparentes erstes Substrat (12, 22, 40) und zumindest einen Verbindungsbereich (31) aufweist, der zwischen einer der Halbleiterschichtenfolgen (11, 21) und dem ersten Substrat (12, 22, 40) angeordnet ist und der ein Waferbonden-Verbindungsbereich ist.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das erste und zweite Licht emittierende Element (10, 20) jeweils in Form eines Waferverbunds einer Vielzahl von ersten und zweiten Licht emittierenden Elementen (10, 20) bereitgestellt wird und nach dem Waferbonden die miteinander verbundenen Waferverbunde in einzelne Licht emittierende Vorrichtungen zerteilt werden.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei das Waferbonden ein direktes Waferbonden ist.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei das Waferbonden mithilfe zumindest einer Verbindungsschicht (3) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei dem vor dem Waferbonden miteinander zu verbindende Oberflächen des ersten und zweiten Licht emittierenden Elements (10, 20) gereinigt und planarisiert werden.